Wat is de Daniell -cel?

De Daniell-cel is een soort koper-zinkbatterij die een poreuze barrière tussen de twee metalen gebruikt. Het werd uitgevonden in 1836 door de Britse chemicus John Frederic Daniell. Eenmaal op grote schaal gebruikt in de Europese telegraafindustrie, werd het in de late 19e eeuw vervangen door modernere batterijontwerpen. Tegenwoordig wordt het voornamelijk in de klas gebruikt om aan te tonen hoe batterijen werken.

Italiaanse wetenschapper Alessandro Volta heeft de batterij in 1800 uitgevonden. Zijn ontwerp gebruikte een kolom met afwisselend zink- en koperen schijven, met pekel verzadigde stukken karton tussen elk stuk metaal. Deze Voltaïsche stapel werd in veel elektrische experimenten gebruikt, maar had met minder dan een uur batterijduur geen echte industriële toepassingen. Daniell heeft het ontwerp van Volta aangepast om een ​​batterij met een langere levensduur te maken, waardoor deze praktisch kan worden gebruikt.

Het principe achter de batterij van Daniell en Volta is hetzelfde. Een vloeibare opgeloste stof genaamd de elektrolyt - in het ontwerp van Volta,De pekel tussen de metalen platen-begint het zink en het koper op te lossen in positief geladen ionen. Terwijl de ionen het metaal verlaten, blijven vrije elektronen achter. Het zink lost sneller op dan het koper, wat betekent dat het zink al snel meer elektronen bevat. Als één de twee stukken metaal verbindt met een draad, migreren de elektronen door de draad van het zink naar het koper, waardoor een elektrische stroom ontstaat.

Als het zink en het koper oplost in dezelfde elektrolyt, als in de Voltaic -stapel, zullen twee processen de levensduur van de batterij verkorten. Als het wordt opgeslagen zonder dat elektriciteit wordt getrokken, worden de koperionen in de elektrolyt aangetrokken door de negatief geladen zinkterminal. Deze ionen zullen dan koppelen aan de elektronen in het zink en zijn lading neutraliseren. Uiteindelijk zal er geen zink meer beschikbaar zijn voor ontbinding. Dit proces staat bekend als reduction .

Het andere batterij-dodende proces vindt plaats wanneer elektriciteit wordt getrokken. De zinkionen zullen waterstof in de elektrolyt naar het koper duwen, waar de waterstof zich op het oppervlak opbouwt en uiteindelijk de stroom van elektriciteit stopt. Dit proces staat bekend als polarisatie . De Daniell -cel is ontworpen als reactie op de tweelingproblemen van zinkreductie en polarisatie. Het lost deze problemen op door het zink en koper in afzonderlijke elektrolyten te isoleren.

Om een ​​Daniell -cel te maken, kan een ongeglazuurde aardewerkcontainer worden gevuld met zwavelzuur en een stuk zink erin ondergedompeld. De container kan vervolgens in een koperblik worden geplaatst dat is gevuld met kopersulfaat. De aardewerkbarrière houdt het zink en koper aan weerszijden; Dit voorkomt dat de zinkionen waterstof naar het koper sturen, waardoor polarisatie wordt voorkomen. Het houdt de koperionen ook weg van het zink, waardoor zinkreductie wordt voorkomen. Daniell verwees naar zijn cel als de constante batterij vanwege de preventie van polarisatie.

Door de poriën in de barrière kunnen positief geladen sulfaationen van de koperen kant naar de zinkzijde reizen. Dit balanceert de stroom van elektronen van het zink naar het koper wanneer het circuit is voltooid. De hoeveelheid elektrische potentiaal geproduceerd door een Daniell -cel werd de Volt genoemd. De waarde van de moderne volt is iets anders; Een Daniell -cel produceert ongeveer 1,1 van de huidige volt en heeft een interne weerstand van ongeveer 2 ohm.